KR20090127195A - 면형상 히터 - Google Patents

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KR20090127195A
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히로오 카와사키
테루오 이와타
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코바렌트 마테리얼 가부시키가이샤
도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

대략 균일한 가열 온도로 하는 것이 가능한 카본 와이어 발열체를 구비한 면형상 히터를 제공한다. 카본 와이어 발열체(CW)의 면내 배치 밀도가 내측 영역과 외측 영역에서 상이하다. 발열체(CW)에 통전하는 접속선을 갖는 전원 단자부가, 실리카 유리 판형상체의 이면측의 중앙부에 배치된다. 내측의 카본 와이어 발열체의 접속선은 실리카 유리 판형상체의 중앙부에서 접속되고, 외측의 카본 와이어 발열체의 접속선(3a, 3b)은 내측의 카본 와이어 발열체(CW)와 교차하지 않고 실리카 유리 판형상체의 중앙부로부터 외측 영역으로 연장되어 외측의 카본 와이어 발열체(CW)와 접속된다.
카본 와이어, 발열체, 히터

Description

면형상 히터{PLANAR HEATER}
본 발명은 면형상 히터에 관한 것이며, 더욱 상세하게는, 카본 와이어 발열체를 실리카 유리 판형상체 중에 봉입한 면형상 히터로서, 반도체 제조 프로세스에서의 웨이퍼 등의 열처리용으로 적합하게 사용되는 면형상 히터에 관한 것이다.
반도체 제조 프로세스에서는, 그 공정에 있어서 실리콘 웨이퍼 등에 여러 가지 열처리가 실시된다. 이러한 열처리에는 엄밀한 온도 관리가 요구되며, 열처리 분위기를 먼지 등의 파티클이 존재하지 않는 깨끗한 분위기로 유지하는 것이 요구되고 있다.
이 때문에, 열처리에 사용되는 가열용 히터에는, 균열성 및 승ㆍ강온 제어 성능이 우수하고, 파티클 등의 오염 물질을 방출하지 않는 등의 제 요건을 만족하는 것이 요구되고 있다.
이러한 반도체 제조용 히터의 하나로서, 발열체를 비산화성 분위기 가스와 함께 석영 유리 부재 등의 지지 부재 중에 봉입한 구조의 히터가 존재하고 있다.
또한, 본 발명자들은, 매우 적합한 반도체 제조용 히터로서, 극세 카본 단섬유를 묶은 카본 섬유 다발을 복수개 엮어서 제작한 카본 와이어 발열체를, 비산화 성 분위기 가스와 함께 석영 유리 부재 등의 지지 부재 중에 봉입한 반도체 열처리 장치용 히터를 개발하여, 이미 일본 특허공개 2000-173750호(특허문헌 1), 일본 특허공개 2001-332373호(특허문헌 2)로서 제안하였다.
여기서, 특허문헌 1에 개시된 히터에 관해 도 11, 12에 기초하여 설명하면, 이 히터(50)는, 가열면(50a)이 직사각형 평판형상으로 형성되어 있고, 석영 유리 지지체(51)내에 카본 와이어 발열체(CW)가 봉입된 구조로 되어 있다. 상기 석영 유리 지지체(51)는, 상기 카본 와이어 발열체(CW)의 주변부에 실질적으로 중공의 공간이 형성되어 있고, 이 공간부를 제외하고 일체화된 구조로 되어 있다.
상기 카본 와이어 발열체(CW)로는, 복수개의 카본 섬유를 묶은 섬유 다발을 복수개 사용하여 와이어형상으로 엮은 것 등이 사용된다. 그리고, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 카본 와이어 발열체(CW)는 석영 유리 지지체(51)의 면에 소위 지그재그형상으로 배치된다.
또한, 카본 와이어 발열체(CW)의 단부가, 가열면(50a)에 대해 거의 수직으로 인출되어, 카본 단자(52)를 통해 Mo 단자선(53)에 접속되어 있다. 이들은 석영 유리관(54) 내에 배치되어 있다. 그리고, Mo 단자선(53)은 Mo 호일(55)을 통해 2개의 Mo 외접선(56)에 접속되어 있다. Mo 호일(55)은 핀치 시일(pinch sealed)되어 있다.
또한, 특허문헌 2에 개시된 히터에 관해 도 13, 14에 기초하여 설명하면, 플레이트형상 히터(60)의 석영 유리 지지 부재(61)에서는, 가열면은 원형 평판형상이며, 카본 와이어 발열체(CW)는 상기 지지 부재(61) 내부의 공간부(61a)에 소위 지 그재그 패턴 형상으로 배선되어 있다. 또한, 이 석영 유리 지지 부재(61)는, 상기 공간부(61a)를 제외하고 융착 일체화된 구조로 되어 있다. 또한, 카본 와이어 발열체(CW)의 양단부에는 각각 밀봉 단자(62)가 접속되고, 상기 공간부(61a)에는 불활성 가스가 주입, 밀봉되어 있다.
이와 같이, 특허문헌 1, 2에 개시된 상기 카본 와이어 발열체는, 금속 발열체 등에 비해 열용량이 작아 온도의 상승 및 하강 특성이 우수하고, 또한 비산화성 분위기 중에서는 고온 내구성도 우수하다. 또한, 가는 카본 단섬유의 섬유 다발을 복수개 엮어 제작된 것이기 때문에, 카본재만으로 이루어진 발열체에 비해 형상 유연성이 풍부하여, 여러 가지 구조, 형상으로 용이하게 가공할 수 있다는 이점이 있다.
따라서, 이 발열체를 고순도의 석영 유리 부재 등의 깨끗한 내열성 지지 부재 내에 비산화성 가스와 함께 봉입한 히터는, 파티클 등을 발생시키지 않아, 상술한 바와 같이 반도체 제조용 히터로서 매우 적합하다.
특허문헌 1 : 일본 특허공개 2000-173750호 공보
특허문헌 2 : 일본 특허공개 2001-332373호 공보
그런데, 상기 특허문헌 1에 개시된 면형상 히터에 있어서는, 하나의 카본 와이어 발열체가 소위 지그재그 패턴 형상으로 배선되어 있다. 그리고, 상기 특허문헌 2에 개시된 면형상 히터에서는, 외주부로부터 중앙부를 향해, 그리고 중앙부로부터 외주부를 향해, 카본 와이어 발열체가 좌우 대칭으로 배선되어 있다.
이러한 종래의 카본 와이어 발열체의 배치 패턴의 경우, 가열면에서의 온도 분포에 불균일이 생겨, 피가열물의 면내를 균일하게 가열할 수 없다는 기술적 과제가 있었다. 부언하면, 카본 와이어 발열체를 일정한 간격을 두고 지그재그 패턴 형상 또는 나선형상의 배치 패턴으로 형성하면, 히터의 가열면의 중앙 부분이 고온화되고 그 외주측 부분의 온도가 낮아진다는 기술적 과제가 있었다.
그 결과, 웨이퍼 등의 피가열물의 면내 온도를 균일하게 열처리하는 경우, 가열면상에 직접 적재할 수 없고, 가열면상에 균열판(勻熱板)을 적재하고, 그 균열판상에 피가열물을 적재해야 했다.
이러한 상황하에서, 가열면의 불균일한 가열 온도 분포를 시정하여, 균열판을 개재시키지 않고 가열면에 피가열물을 직접 적재할 수 있는 면형상 히터의 출현이 요망되었다.
본원 발명자들은, 가열면의 불균일한 가열 온도 분포를 시정하는 하나의 방법으로서, 카본 와이어 발열체의 배치 패턴에 착안하여 예의 연구했다. 그 결과, 가열면을 대략 균일한 가열 온도면으로 할 수 있는 배치 패턴을 발견하여, 본 발명에 따른 면형상 히터가 완성되었다.
본 발명은, 상기 기술적 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 가열면을 대략 균일한 가열 온도면으로 할 수 있는 배치 패턴을 갖는 카본 와이어 발열체를 갖춘 면형상 히터를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 이루어진 본 발명에 따른 면형상 히터는, 카본 와이어 발열체가 실리카 유리 판형상체 내부에 평면형상으로 배치, 밀봉된 면형상 히터로서, 상기 카본 와이어 발열체의 면내 배치 밀도가 내측 영역과 그 외주에 위치하는 외측 영역에서 상이하고, 상기 외측 영역의 면내 배치 밀도가 내측 영역의 면내 배치 밀도보다 밀도가 높고, 상기 카본 와이어 발열체에 통전하는 접속선을 갖는 전원 단자부가 상기 실리카 유리 판형상체의 이면측의 중앙부에 배치되고, 상기 내측 영역의 카본 와이어 발열체와 접속되는 접속선은 상기 실리카 유리 판형상체의 중앙부에서 내측 영역의 카본 와이어 발열체와 접속되고, 상기 외측 영역의 카본 와이어 발열체와 접속되는 접속선은 상기 내측 영역의 카본 와이어 발열체와 교차하지 않고 상기 실리카 유리 판형상체의 중앙부로부터 외측 영역으로 연장되어 외측 영역의 카본 와이어 발열체와 접속되는 것을 특징으로 하고 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 면형상 히터에 있어서는, 카본 와이어 발열체의 면내 배치 밀도가 내측 영역과 그 외주에 위치하는 외측 영역에서 상이하고, 상기 외측 영역의 면내 배치 밀도가 내측 영역의 면내 배치 밀도보다 밀도가 높기 때문에, 가열면의 온도 분포를 균일하게 할 수 있어, 피가열물의 면내 온도를 균일하게 할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 면형상 히터에 있어서는, 상기 카본 와이어 발열체에 통전하는 접속선을 갖는 전원 단자부가 실리카 유리 판형상체의 이면측의 중앙부에 배치되어 있기 때문에, 도 14에 도시된 바와 같은 2개의 단자부를 갖는 히터에 비해 컴팩트화가 도모된다. 또한, 상기 외측 영역의 카본 와이어 발열체와 접속되는 접속선이, 내측 영역의 카본 와이어 발열체와 교차하지 않고 중앙부로부터 외측 영역으로 연장되어 외측 영역의 카본 와이어 발열체와 접속되어 있기 때문에, 열기가 억제되어, 실리카 유리 판형상체의 실투(devitrification)에 의한 조기 열화를 방지하고, 가열면의 온도를 더욱 균일하게 할 수 있다.
여기서, 상기 카본 와이어 발열체 및 상기 접속선은, 카본 섬유를 묶은 섬유 다발을 복수개 엮어 이루어진 편뉴 형상(編紐 形狀, Shape of a braid) 또는 조뉴형상(組紐 形狀, shape of an interlace)의 카본 와이어인 것이 바람직하다. 접속선이 상기 카본 와이어 발열체와 동일한 구성의 카본 와이어를 복수개 묶은 것으로 이루어진 경우에는, 전기적 접속을 양호하게 유지하면서, 더욱 간편하게 낮은 저항 영역을 형성할 수 있다.
또한, 상기 실리카 유리 판형상체는 원판형상이며, 상기 내측 영역과 외측 영역의 경계는 면내의 원중심으로부터 반경의 79%∼86%의 거리에 존재하는 것이 바람직하다.
상기 실리카 유리 판형상체의 면상에서의 내측 영역과 외측 영역의 경계가, 면내의 원중심으로부터 반경의 79% 미만의 거리에서는, 외측 영역이 커져, 종래 기술과 같은 중앙 부분의 고온화를 해소할 수 없고, 그 결과, 가열면의 면내 균일성 이 저해된다. 한편, 배치 패턴의 내측 영역과 외측 영역의 경계가, 면내의 원중심으로부터 반경의 86%를 초과하는 거리에 있는 경우에는, 외측 영역이 작아지고, 외측 영역의 발열량이 부족하여, 가열면의 면내 균일성이 저해된다.
또한, 상기 실리카 유리 판형상체는 직사각형이며, 상기 내측 영역과 외측 영역의 경계는, 면내의 직사각형 중심으로부터 한 변의 1/2 길이의 79%∼86%의 거리에 존재하는 것이 바람직하다. 상기한 바와 같이, 상기 실리카 유리 판형상체의 면상에서의 내측 영역과 외측 영역의 경계가, 면내 직사각형 중심으로부터 반경의 79% 미만의 거리에서는, 외측 영역이 커져, 종래 기술과 같은 중앙 부분의 고온화를 해소할 수 없고, 그 결과, 가열면의 면내 균일성이 저해된다. 한편, 배치 패턴의 내측 영역과 외측 영역의 경계가, 면내 직사각형 중심으로부터 반경의 86%를 초과하는 거리에 있는 경우에는, 외측 영역이 작아지고, 외측 영역의 발열량이 부족하여, 가열면의 면내 균일성이 저해된다.
또한, 상기 실리카 유리 판형상체는 원판형상이며, 상기 중앙부로부터 외측 영역으로 연장되어 외측 영역의 카본 와이어 발열체와 접속되는 접속선은, 원판형상의 실리카 유리 판형상체의 직경 위치에 존재하고, 상기 접속선을 경계로, 내측 영역측, 외측 영역의 각각에서, 상기 카본 와이어 발열체가 전기적으로 병렬 접속되어 있는 것이 바람직하다.
이와 같이 접속선을 배치함으로써, 내측 영역을 2개의 영역으로, 또 외측 영역을 2개의 영역으로 형성할 수 있어, 각각의 영역에 균등하게 배전할 수 있다.
또한, 상기 실리카 유리 판형상체는 직사각형이며, 중앙부로부터 외측 영역 으로 연장되어 외측 영역의 카본 와이어 발열체와 접속되는 접속선은, 대향하는 2변의 각각의 중심점을 연결하는 선상에 존재하고, 상기 접속선을 경계로, 내측 영역측, 외측 영역의 각각에서, 상기 카본 와이어 발열체가 전기적으로 병렬 접속되어 있는 것이 바람직하다.
이와 같이 접속선을 배치함으로써, 내측 영역을 2개의 영역으로, 또 외측 영역을 2개의 영역으로 형성할 수 있어, 각각의 영역에 균등하게 배전할 수 있다.
또한, 외측 영역의 카본 와이어 발열체와 접속되는 접속선이 배치되는 영역은, 중심으로부터 외주측을 향한 직선적이고 연속적인 카본 와이어 발열체의 부재 영역이며, 상기 카본 와이어 발열체의 배치 패턴에 있어서, 외측 영역의 카본 와이어 발열체와 접속되는 접속선이 배치되는 영역 이외에, 중심부로부터 외주측을 향한 직선적이고 연속적인 카본 와이어 발열체의 부재 영역이 존재하지 않는 것이 바람직하다.
이와 같이, 상기 배치 패턴에는, 중심으로부터 외주측을 향해 직선적이고 연속적인, 카본 와이어 발열체의 부재 영역이 존재하지 않기 때문에, 가열면의 면내 온도를 균일하게 할 수 있고, 피가열물의 면내를 균일하게 가열할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 면형상 히터에 있어서는, 가열면의 면내 온도를 균일하게 할 수 있기 때문에 균열판을 필요로 하지 않을 수 있지만, 실리카 유리 판형상체의 상면에 균열판을 배치한 경우에는 피가열물의 면내를 더욱 균일하게 가열할 수 있다.
본 발명에 의하면, 가열면을 대략 균일한 가열 온도면으로 할 수 있는 배치 패턴을 갖는 카본 와이어 발열체를 갖춘 면형상 히터를 얻을 수 있다.
이하에서, 본 발명에 따른 일실시 형태에 관해 도 1 내지 도 8b에 기초하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일실시 형태에 따른 면형상 히터를 나타내는 평면도, 도 2는 도 1에 나타낸 면형상 히터의 측면도, 도 3은 도 1의 I-I 단면도, 도 4는 도 1의 II-II 단면도, 도 5는 도 2의 III-III 단면도, 도 6은 카본 와이어 발열체를 나타내는 도면, 도 7은 도 1에 나타낸 면형상 히터의 분할된 4개의 영역을 나타내는 도면, 도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일실시 형태에 따른 면형상 히터의 등가 회로도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 이 면형상 히터(1)는 가열면(1a)이 원형 평판형상으로 형성되어 있고, 실리카 유리 판형상체(2) 내에 카본 와이어 발열체(CW)가 봉입되어 있다. 상기 실리카 유리 판형상체(2)는, 제1 실리카 유리체(2a)와, 제2 실리카 유리체(2b)와, 제3 실리카 유리체(2c)로 구성되어 있다.
또한, 본 발명에서 「카본 와이어 발열체가 봉입되어 있다」란, 카본 와이어 발열체가 외기에 닿지 않도록 밀폐된 상태가 되어 있는 것을 의미한다.
제1 실리카 유리체(2a)와 제3 실리카 유리체(2c)의 상면 및 하면은 평판형상으로 형성되어 있다. 한편, 제2 실리카 유리체(2b)의 상면에는, 도 3, 도 4에 도시된 바와 같이, 도 1에 나타내는 배치 패턴과 동일한 형상의 홈(2d)이 형성되고, 또 이 제2 실리카 유리체(2b)의 하면에는, 중심부로부터 직경 방향으로 연장되는 홈(2e1, 2e2)이 형성되어 있다.
이 면형상 히터는, 도 1, 도 7에 도시된 바와 같이, 가열면(1a)을 4개의 영역 A, B, C, D로 분할되어 있다. 즉, 가열면(1a)의 내측 영역을 2분할한 영역인 영역 A, 영역 B, 또한 상기 가열면(1a)의 내측 영역의 외주에 위치하는 외측 영역을 2분할한 영역인 영역 C, 영역 D마다, 카본 와이어 발열체(CW)가 배치되어 있다. 영역 A에 배치되어 있는 카본 와이어 발열체(CW)를 카본 와이어 발열체(CWA), 영역 B에 배치되어 있는 카본 와이어 발열체(CW)를 카본 와이어 발열체(CWB), 이하 동일하게, 영역 C의 카본 와이어 발열체(CW)를 카본 와이어 발열체(CWC), 영역 D의 카본 와이어 발열체(CW)를 카본 와이어 발열체(CWD)라고 한다.
또한, 상기 가열면(1a)의 내측 영역(영역 A, 영역 B)의 홈(2d)은, 가열면(1a) 중앙부의 위치 a, 위치 b에 형성된 관통 구멍과 연통하고 있다. 한편, 가열면(1a)의 외측 영역(영역 C, 영역 D)의 홈(2d)은, 가열면(1a)의 외주측 위치 e, 위치 f에 형성된 관통 구멍과 연통하고 있다.
또한, 상기 홈(2e1)의 일단은 가열면(1a) 중앙부의 위치 d에 형성된 관통 구멍과 연통하고, 타단은 가열면(1a)의 외주부의 위치 f에 형성된 관통 구멍과 연통하고 있다. 마찬가지로, 이 홈(2e2)의 일단은, 가열면(1a) 중앙부의 위치 c에 형성된 관통 구멍과 연통하고, 타단은 가열면(1a)의 외주부의 위치 e에 형성된 관통 구멍과 연통하고 있다.
그리고, 내측 영역(영역 A, 영역 B) 및 외측 영역(영역 C, 영역 D)의 홈(2d)의 내부에는 카본 와이어 발열체(CW)가 수용되고, 또 홈(2e1)에는 접속선(3b)이 수 용되고, 홈(2e2)에는 접속선(3a)이 수용된다.
또한, 제1 실리카 유리체(2a)의 하면 중앙부에는, 도 2, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 카본 와이어 발열체(CW)에 통전하는 접속선(3a, 3b, 4a, 4b)을 갖는 전원 단자부(8)가 형성되어 있다. 상기 접속선(3a, 3b)은, 외측 영역의 영역 C, D에 통전하기 위한 접속선이고, 상기 접속선(4a, 4b)은, 중앙부측 영역 A, B에 통전하기 위한 접속선이다.
도 2, 도 4, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 접속선(3a)은 실리카 유리관(5a)에 수용되고, 또 접속선(3b)은 실리카 유리관(5b)에 수용되어 있다. 이 접속선(3a, 3b)을 수용하는 실리카 유리관(5a, 5b)은, 제1 실리카 유리체(2a)를 삽입 관통하여 제2 실리카 유리체(2b)의 하면과 맞닿아 있다.
따라서, 접속선(3a)은, 위치 c에서 실리카 유리관(5a)을 통해 홈(2e2) 내로 들어가, 위치 e의 관통 구멍을 통과하여 외측 영역의 영역 C, D의 카본 와이어 발열체(CWC, CWD)에 접속된다. 마찬가지로, 접속선(3b)은, 위치 d에서 실리카 유리관(5b)을 통해 홈(2e1)내로 들어가, 위치 f의 관통 구멍을 통과하여 외측 영역의 영역 C, D의 카본 와이어 발열체(CWC, CWD)에 접속된다.
또한, 상기 접속선(4a)은 실리카 유리관(6a)에 수용되고, 접속선(4b)은 실리카 유리관(6b)에 수용되어 있다. 이 실리카 유리관(6a, 6b)은, 제1 실리카 유리체(2a)를 삽입 관통하여 제2 실리카 유리체(2b)에 형성된 관통 구멍이 개구된 내부 바닥면과 맞닿아 있다. 따라서, 접속선(4a)은, 위치 a에서 실리카 유리관(6a)을 통해 관통 구멍을 통과하여, 중앙부측 영역 A, B의 카본 와이어 발열체(CWA, CWB) 에 접속된다. 또한, 접속선(4b)은, 위치 b에서 실리카 유리관(6b)을 통해 관통 구멍을 통과하여, 중앙부측 영역 A, B의 카본 와이어 발열체(CWA, CWB)에 접속된다.
또한, 상기 접속선(3a, 3b, 4a, 4b)을 수용한 모든 실리카 유리관(5a, 5b, 6a, 6b)의 단부는 밀봉되고, 직경이 큰 실리카 유리관(7)의 내부에 수용된다. 이 직경이 큰 실리카 유리관(7)은, 히터를 고정하기 위한 플랜지 또는 샤프트로서 사용된다.
이와 같이, 접속선(3a, 3b, 4a, 4b)을 가열면(1a)의 이면 중앙부에 모아 전원 단자부(8)로서 구성했기 때문에, 종래와 같이 가열면(1a)의 외주부에 2개의 단자부를 갖는 히터에 비해 컴팩트화를 도모할 수 있다.
그리고, 이러한 구성을 갖는 면형상 히터를 제조하기 위해서는, 상기 제2 실리카 유리체(2)의 홈(2d)에 카본 와이어 발열체(CW)를 수용하고, 각 접속선(3a, 3b, 4a, 4b)과 접속한 상태로, 제3 실리카 유리체(2c)와 제2 실리카 유리체(2b)를 융착하여 상기 홈(2d)을 밀봉하고, 제1 실리카 유리체(2a)와 제2 실리카 유리체(2b)를 융착하여 상기 홈(2e1, 2e2)을 밀봉한다.
이어서, 접속선(3a, 3b, 4a, 4b)을 수용한 모든 실리카 유리관(5a, 5b, 6a, 6b)의 단부를 밀봉하고, 직경이 큰 실리카 유리관(7)의 내부에 수용한다. 이 밀봉 구조는, 종래부터 알려져 있는 핀칭 시일 구조를 사용함으로써 밀봉할 수 있다.
또한, 카본 와이어 발열체(CW)의 배치 패턴에 관해 구체적으로 설명한다.
영역 A에 배치되는 카본 와이어 발열체(CWA)는, 가열면(1a)의 중앙 부분의 위치 a에서 접속선(4a)과 접속되고, 도 1에 도시된 배치 패턴 형상으로 배치되어, 가열면(1a)의 중앙 부분의 위치 b에서 접속선(4b)에 접속된다.
한편, 영역 B에 배치되는 카본 와이어 발열체(CWB)는, 가열면(1a)의 중앙 부분의 위치 a에서 접속선(4a)과 접속되고, 도 1에 도시된 배치 패턴 형상으로 배치되어, 가열면(1a)의 중앙 부분의 위치 b에서 접속선(4b)에 접속된다.
이와 같이, 영역 A에 배치되는 카본 와이어 발열체(CWA)와 영역 B에 배치되는 카본 와이어 발열체(CWB)는, 접속선(4a)과 접속선(4b)에 접속되기 때문에, 도 8a에 도시된 바와 같이 전기적으로 병렬로 접속되게 된다.
또한, 영역 C에 배치되는 카본 와이어 발열체(CWC)는, 가열면(1a)의 외주측 부분의 위치 d에서 접속선(3a)과 접속되고, 도 1에 도시된 배치 패턴 형상으로 배치되어, 가열면(1a)의 외주 부분의 위치 f에서 접속선(3b)에 접속된다.
한편, 영역 D에 배치되는 카본 와이어 발열체(CWD)는, 가열면(1a)의 외주측 부분의 위치 d에서 접속선(3a)과 접속되고, 도 1에 도시된 배치 패턴 형상으로 배치되어, 가열면(1a)의 중앙 부분의 위치 f에서 접속선(3b)에 접속된다.
이와 같이, 영역 C에 배치되는 카본 와이어 발열체(CWC)와 영역 D에 배치되는 카본 와이어 발열체(CWD)는, 접속선(3a)과 접속선(3b)에 접속되어, 도 8b에 도시된 바와 같이 병렬로 접속된다.
이와 같이 접속선(3a, 3b, 4a, 4b)을 배치함으로써, 내측 영역을 2개의 영역으로, 또한 외측 영역을 2개의 영역으로 형성할 수 있고, 각각을 전기적으로 병렬 접속함으로써 각각의 영역에 균등하게 배전할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 상기 접속선(3b)은, 가열면(1a)의 중앙 부분의 위 치 d로부터, 제2 실리카 유리체(2b)의 하면에 형성된 직경 방향으로 연장되는 홈(2e1)을 통과하여 위치 f까지 배치되어, 카본 와이어 발열체(CWC, CWD)와 접속되어 있다.
마찬가지로, 상기 접속선(3a)은, 가열면(1a)의 중앙 부분의 위치 c로부터, 제2 실리카 유리체(2b)의 하면에 형성된 직경 방향으로 연장되는 홈(2e2)을 통과하여 위치 e까지 배치되어, 카본 와이어 발열체(CWC, CWD)와 접속되어 있다.
이 접속선(3a, 3b)은, 영역 A, B의 카본 와이어 발열체(CWA, CWB)와 교차하지 않고 가열면(1a)의 중앙부로부터 외측 영역으로 연장되어 있다.
즉, 제2 실리카 유리체(2b)에 있어서, 홈(2d)이 형성되지 않은 영역(영역 A와 영역 B의 경계 영역)의 하면에 홈(2e1, 2e2)이 형성되어 있다.
상기 접속선(3a, 3b)이 영역 A, B의 카본 와이어 발열체(CWA, CWB)와 교차하는 경우에는, 열기가 발생하고 유리가 실투화(결정화)하여, 실투에 의해 파손될 우려가 있다. 또한, 파손되지 않는 경우라 하더라도, 가열면(1a)상의 면내 온도가 불균일해질 우려가 있다.
따라서, 홈(2d)이 형성되지 않은 영역(영역 A와 영역 B의 경계 영역)에 홈(2e1, 2e2)이 형성되어 있기 때문에, 열기가 억제되어, 가열면의 면내 온도를 균일하게 할 수 있고, 실투화 및 파손을 방지할 수 있다.
또한, 내측 영역의 영역 A, 영역 B에서의 카본 와이어 발열체(CWA, CWB)의 배치 패턴은, 도 1에 도시된 바와 같이 점대칭의 형상으로 형성되어 있다. 마찬가지로, 외측 영역의 영역 C, 영역 D에서의 카본 와이어 발열체(CWC, CWD)의 배치 패 턴도 점대칭의 형상으로 형성되어 있다. 이와 같이, 점대칭으로 함으로써, 카본 와이어 발열체(CWA, CWB) 및 카본 와이어 발열체(CWC, CWD)의 저항은 각각 동등해져, 병렬로 결선하더라도 균열이 불균일해지지 않는다.
또한, 내측 영역의 영역 A, 영역 B에서 가열면(1a)의 직경 방향으로, 카본 와이어 발열체(CWA, CWB)가 치수 t의 간격으로 대략 등간격으로 배치되어 있다. 또한, 외측 영역의 영역 C, 영역 D에서 가열면(1a)의 직경 방향으로, 카본 와이어 발열체(CWC, CWD)가, 상기 카본 와이어 발열체(CWA, CWB)의 간격보다 작은 치수 s(즉, 치밀한)의 간격으로, 대략 등간격으로 배치되어 있다. 여기서 「대략 등간격」으로는, 상기 치수 t 및 s에서 모두 각각 ±30%가 바람직하다. 특히, 실리카 유리 판형상체의 상면에 균열판을 배치하지 않는 경우에는, ±10%가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 ±5%이다.
또한, 상기 배치 패턴에는, 외측 영역의 카본 와이어 발열체(CWC, CWD)에 접속되는 접속선(3a, 3b)이 배치되는 영역을 제외하고, 카본 와이어 발열체(CWA, CWB)가 존재하지 않는 영역이며, 중심으로부터 외주측을 향해 직선적이고 연속적인 영역(예컨대, 종래의 면형상 히터를 나타낸 도 13의 점선 부분(70))은 존재하지 않는다.
이와 같이, 중심으로부터 외주측을 향해 직선적이고 연속적인 카본 와이어 발열체(CWA, CWB)의 부재 영역이 존재하지 않기 때문에, 가열면(1a)의 면내 온도를 균일하게 할 수 있고, 피가열물(1a)의 면내를 균일하게 가열할 수 있다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 배치 패턴의 내측 영역 A, B와 외측 영역 C, D의 경계(L)는, 가열면(1a)의 면내 원중심으로부터 반경(R)의 79%∼86%의 거리에 존재하고 있다.
이 내측 영역 A, B와 외측 영역 C, D의 경계(L)가, 면내 원중심으로부터 반경(R)의 79% 미만이면, 외측 영역 C, D가 커져, 종래 기술과 같은 중앙 부분의 고온화를 해소할 수 없어 가열면(1a)의 면내 균일성이 저해된다. 한편, 내측 영역 A, B와 외측 영역 C, D의 경계(L)가 면내 원중심으로부터 반경(R)의 86%를 초과하는 경우에는, 외측 영역 C, D가 작아져, 외측 영역 C, D의 발열량이 부족하여 가열면(1a)의 면내 균일성이 저해된다.
또한, 상기 카본 와이어 발열체(CW)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 직경 5∼15㎛의 카본 섬유, 예컨대, 직경 7㎛의 카본 섬유를, 약 300∼350개 정도 묶은 섬유 다발을 9개 정도 사용하여 직경 약 2㎜의 편뉴 또는 조뉴 형상으로 엮은 것 등을 들 수 있다.
상기의 경우에 있어서, 와이어의 짜임 스팬(knitting span)은 2∼5㎜정도, 카본 섬유에 의한 표면의 보풀은 0. 5∼2. 5㎜ 정도이다. 상기 보풀이란, 도 6의 부호 CWa로 도시된 바와 같이, 카본 섬유가 절단된 것의 일부가 카본 와이어의 외주면에서 돌출된 것이다.
또한, 상기 접속선(3a, 3b, 4a, 4b)으로 상기 카본 와이어 발열체(CW)와 동일한 구성의 카본 와이어를 복수개 묶은 것이 사용된다.
이와 같이, 접속선(3a, 3b, 4a, 4b)이, 상기 카본 와이어 발열체(CW)와 동일한 구성의 카본 와이어를 복수개 묶은 것으로 이루어진 경우에는, 전기적 접속을 양호하게 유지하면서 더욱 간편하게 낮은 저항의 영역을 형성할 수 있다.
상술한 실시형태에서는, 상기 실리카 유리 판형상체가 원판형상인 경우에 관해 설명했지만, 도 9에 도시된 바와 같이 실리카 유리 판형상체가 직사각형이어도 된다.
실리카 유리 판형상체가 직사각형인 경우에는, 배치 패턴의 내측 영역과 외측 영역의 경계(L; L1, L2)가, 면내의 직사각형 중심으로부터 한 변의 1/2 길이(T1, T2)의 79%∼86%의 거리에 존재하는 것이 바람직하다. 배치 패턴의 내측 영역과 외측 영역의 경계(L; L1, L2)가, 면내 직사각형 중심으로부터 반경의 79% 미만인 거리에서는, 외측 영역이 커져, 종래 기술과 같은 중앙 부분의 고온화를 해소할 수 없고, 그 결과, 가열면의 면내 균일성이 저해된다. 한편, 배치 패턴의 내측 영역과 외측 영역의 경계(L; L1, L2)가, 면내 직사각형 중심으로부터 반경의 86%를 초과하는 거리에 있는 경우에는, 외측 영역이 작아지고, 외측 영역의 발열량이 부족하여, 가열면의 면내 균일성이 저해된다.
또한, 상기 실리카 유리 판형상체가 직사각형인 경우, 도 10에 도시된 바와 같이, 중앙부로부터 외측 영역으로 연장되어 외측 영역의 카본 와이어 발열체와 접속되는 접속선(3a, 3b)은, 대향하는 2변의 각각의 중심점 P1, P2를 연결하는 선상에 존재하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 면형상 히터에서는 가열면의 면내 온도를 균일하게 할 수 있기 때문에 균열판을 사용할 필요는 없지만, 본 발명에 따른 면형상 히터에 있어서 실리카 유리 판형상체의 상면에 균열판을 배치한 경우에는 피가열물의 면내를 더욱 균일하게 가열할 수 있다.
본 발명에 따른 면형상 히터에서는 가열면의 면내 온도를 균일하게 유지할 수 있기 때문에, 피가공물의 면내 온도를 균일하게 할 수 있어, 특히 반도체 제조 프로세스에서의 웨이퍼 등의 열처리용에 적합하게 사용된다.
도 1은 본 발명의 일실시 형태에 따른 면형상 히터를 나타내는 평면도.
도 2는 도 1에 나타내는 면형상 히터의 측면도.
도 3은 도 1의 I-I 단면의 좌측부를 나타내는 단면도.
도 4는 도 1의 II-II 단면도.
도 5는 도 2의 III-III 단면도.
도 6은 카본 와이어 발열체를 나타내는 도면.
도 7은 도 1에 나타내는 면형상 히터의 분할된 영역을 나타내는 도면.
도 8a는 본 발명의 일실시 형태에 따른 면형상 히터의 내측 영역의 등가 회로도.
도 8b는, 본 발명의 일실시 형태에 따른 면형상 히터의 외측 영역의 등가 회로도.
도 9는, 본 발명의 일실시 형태에 따른 면형상 히터의 변형예를 나타내는 도면.
도 10은, 본 발명의 일실시 형태에 따른 면형상 히터의 변형예를 나타내는 도면.
도 11은, 종래의 면형상 히터를 나타내는 평면도.
도 12는, 종래의 면형상 히터를 나타내는 측면도.
도 13은, 종래의 면형상 히터를 나타내는 평면도.
도 14는, 종래의 면형상 히터를 나타내는 측면도.
(도면부호의 설명)
1 : 면형상 히터
1a : 가열면
2 : 실리카 유리 판형상체
2a : 제1 실리카 유리체
2b : 제2 실리카 유리체
2c : 제3 실리카 유리체
2d : 홈
2e1 : 홈
2e2 : 홈
3a : 접속선
3b : 접속선
4a : 접속선
4b : 접속선
5a : 실리카 유리관
5b : 실리카 유리관
6a : 실리카 유리관
6b : 실리카 유리관
7 : 직경이 큰 실리카 유리관
8 : 전원 단자부
CW : 카본 와이어 발열체
CWA : 영역 A의 카본 와이어 발열체
CWB : 영역 B의 카본 와이어 발열체
CWC : 영역 C의 카본 와이어 발열체
CWD : 영역 D의 카본 와이어 발열체
L : 경계

Claims (8)

  1. 카본 와이어 발열체가 실리카 유리 판형상체 내부에 평면형상으로 배치 및 밀봉된 면형상 히터로서,
    상기 카본 와이어 발열체의 면내 배치 밀도가 내측 영역과 그 외주에 위치하는 외측 영역에서 상이하며, 상기 외측 영역의 면내 배치 밀도가 내측 영역의 면내 배치 밀도보다 밀도가 높고,
    상기 카본 와이어 발열체에 통전하는 접속선을 갖는 전원 단자부가 상기 실리카 유리 판형상체의 이면측의 중앙부에 배치되고,
    상기 내측 영역의 카본 와이어 발열체와 접속되는 접속선은 상기 실리카 유리 판형상체의 중앙부에서 내측 영역의 카본 와이어 발열체와 접속되고,
    상기 외측 영역의 카본 와이어 발열체와 접속되는 접속선은, 상기 내측 영역의 카본 와이어 발열체와 교차하지 않고 상기 실리카 유리 판형상체의 중앙부로부터 외측 영역으로 연장되어, 외측 영역의 카본 와이어 발열체와 접속되는 것을 특징으로 하는 면형상 히터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 카본 와이어 발열체 및 상기 접속선은, 카본 섬유를 묶은 섬유 다발을 복수 개 엮어 이루어진 편뉴 형상(編紐 形狀) 또는 조뉴 형상(組紐 形狀)의 카본 와이어인 것을 특징으로 하는 면형상 히터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 실리카 유리 판형상체는 원판형상이며, 상기 내측 영역과 외측 영역의 경계는 면내의 원중심으로부터 반경의 79%∼86%의 거리에 존재하는 것을 특징으로 하는 면형상 히터.
  4. 제1항에 있어서, 상기 실리카 유리 판형상체는 직사각형이며, 상기 내측 영역과 외측 영역의 경계는 면내의 직사각형 중심으로부터 한 변의 1/2 길이의 79%∼86%의 거리에 존재하는 것을 특징으로 하는 면형상 히터.
  5. 제1항에 있어서, 상기 실리카 유리 판형상체는 원판형상이며,
    상기 중앙부로부터 외측 영역으로 연장되어 외측 영역의 카본 와이어 발열체와 접속되는 접속선은, 원판형상의 실리카 유리 판형상체의 직경 위치에 존재하고,
    상기 접속선을 경계로, 내측 영역측 및 외측 영역의 각각에서, 상기 카본 와이어 발열체가 전기적으로 병렬 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 면형상 히터.
  6. 제1항에 있어서, 상기 실리카 유리 판형상체는 직사각형이며,
    중앙부로부터 외측 영역으로 연장되어 외측 영역의 카본 와이어 발열체와 접속되는 접속선은, 대향하는 2변의 각각의 중심점을 연결하는 선상에 존재하고,
    상기 접속선을 경계로, 내측 영역측 및 외측 영역의 각각에서, 상기 카본 와이어 발열체가 전기적으로 병렬 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 면형상 히터.
  7. 제1항에 있어서, 외측 영역의 카본 와이어 발열체와 접속되는 접속선이 배치되는 영역은, 중심으로부터 외주측을 향한 직선적이고 연속적인 카본 와이어 발열체의 부재 영역이고,
    상기 카본 와이어 발열체의 배치 패턴에 있어서, 외측 영역의 카본 와이어 발열체와 접속되는 접속선이 배치되는 영역 이외에, 중심부로부터 외주측을 향한 직선적이고 연속적인 카본 와이어 발열체의 부재 영역이 존재하지 않는 것을 특징으로 하는 면형상 히터.
  8. 제1항에 있어서, 상기 실리카 유리 판형상체의 상면에 균열판이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 면형상 히터.
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